新型热控材料器件及应用

新型热控材料器件及应用

杨亚席

（中国能源建设集团天津电力建设有限公司天津300012）

摘要：本文主要研究了新型热控材料器件的相关问题，重点对其新型热控材料器件的应用进行分析，提出了应用的具体的环节和应用的一些关键要素，供参考和借鉴。

关键词：新型热控材料；器件；应用

随着时代的进步和发展，新型热控材料器件越来越多，研究也越来越深入，为此，我们也应当进一步分析如何更好的应用新型热控材料器件，提出更好的应用方法。

1、火电厂热控保护工作的重要性分析

随着我国经济的迅速发展，电力行业也随之发展起来，热控保护系统作为火电厂实现自动化的重要基础，热控保护系统可以及时处理各类故障，从而提高火电厂机组设备的安全性，避免出现由于设备故障引发的人员伤亡。但是，在火电厂热控保护工作的发展中还是存在一些问题的，其制约了热控系统作用的发挥，从而对火电厂各项工作带来很大的影响。笔者认为，相关部门人员应认识到火电厂热控保护工作的重要性，并采取有效措施确保火电厂热控保护工作的有效实施。

在火电厂热控保护工作中，热控保护装置发挥着重要作用，当主设备与辅设备出现故障时，热控保护装置能及时采取有效保护措施，消除系统故障，避免由于故障的出现引发人员伤亡或导致设备损坏。对于热控保护系统而言，系统发挥作用时代表主设备和辅设备出现故障，这时热控保护系统会投入到工作中。而如果主设备与辅设备没有发生故障，那么热控保护系统会时刻处在带电准备状态。近年来，热控保护系统自身出现故障，当主设备和辅设备发生故障时，热控保护系统无法发挥出自身的作用，同时由于热控保护系统自身的故障，当主设备与辅设备正常运行时，热控保护系统由于自身原因接收到故障信息，对正常运行的设备进行维护，从而造成主设备与辅设备停运，从而影响到整体系统的运行。由于热控参数覆盖了运行设备，各系统间互相作用、影响，所以某一环节出现问题都会通过热控保护系统发出信号，从而对发电厂造成一定的经济损失。因此，如何避免热控保护工作出现误动，如何提高热控保护系统的稳定性是火电厂急需研究解决的重要课题。

2、保证电厂热控系统稳定性的意义

在电厂中，利用热控系统完成相应的保护工作具有重要意义主要表现在：电厂的机组系统在主设备与辅设备有故障产生时，热控系统中相关系统就会第一时间采取应对策略进行对应保护工作，最终达到设备故障软化与停机待修的目的，尽最大限度避免设备损害和人身伤亡现象产生。换句话说，机组主设备与辅设备在没有问题的时候，热控系统中的某些保护性系数之间的关系，是相互关联的，并表现为一定程度相关性，是带电待机的状态，主设备与辅设备故障生成时，热控保护机制就会立马启动，相关系统就会马上投入工作当中。

3、新型热电材料

3.1碲化物

碲化物材料由于自身具有较低的热导率，因此是被视为一种比较有发展潜力的热电材料。基于Bi2Te3和PbTe的体材料均展现出比较优异的热电性能。Bi2Te3体系适用于低温，在室温附近热电优值达到1(相应的热电转换效率约为7%～8%)，被公认为是最好的热电材料，目前大多数制冷元器件都是使用这类材料。PbTe体系适用于500～900K的中温，热电优值最大可达0.8，主要用于温差发电。这两类热电材料体系目前已经得到了广泛的应用并且研究较为成熟，本文就不再具体讨论。

3.1.1Ag2Te

Ag2Te热电材料是一种具有在一定温度下相转变现象的材料：418K温度下，单斜相α-Ag2Te是比较稳定的；418～1075K温度范围内，面心立方相β-Ag2Te是比较稳定的；1075～1233K温度范围内，γ-Ag2Te是比较稳定的[15]。370K时，Ag2Te热电材料的优值达到最大值0.27。

Sb元素替换部分Ag元素形成的AgSbTe2热电材料具有较好的热电性能。AgSbTe2的热电优值随着烧结技术的不同而展现出巨大差异。等离子辅助烧结技术(plasmaassistedsintering,PAS)制备的AgSbTe2材料，温度为300K时，热电优值的最大值为0.29。高温高压技术制备的AgSbTe2材料，温度为513K时，材料热电优值的最大值为1.07。通过熔融纺丝和SPS工艺制备的AgSbTe2材料的热电性能比用传统的熔融和自然冷却方法制备的热电性能好，温度为570K时，热电优值的最大值可达1.65。通过掺杂或替代的方法可以有效改善AgSbTe2材料的热电性能。

3.1.2TAGS[(AgSbTe2)1−x(GeTe)x]

TAGS是由碲、锑、锗、银组成的，是碲化银在碲化锗中的固溶体，其组分为(AgSbTe2)1−x(GeTe)x，是P型材料。研究发现当x在0.8～0.85范围内时，P型TAGS材料的热电性能最好，因为此时材料的热导率最小(x=0.8,称之为TAGS80；x=0.85,称之为TAGS85)。温度为773K时，热压法制备的TAGS80的热电优值可达1.75，TAGS85的热电优值也可以达到1.4。目前，TAGS85已经被应用于空间放射性同位素热电发电机。

TAGS热电材料中的Sb2Te3替换部分Ag2Te可以形成一种新的P型热电材料(GeTe)0.8[(Ag2Te)0.4(Sb2Te3)0.6]0.2，700K时，热电优值约为1.47。同时，制备样品时的环境条件会对TAGS材料的热电性能产生一定的影响，实验表明氩气氛围下制备出的TAGS材料具有最大的热电优值。

3.1.3Sb2Te3

Sb2Te3材料的塞贝克系数比较小，因此热电性能不是特别的突出，但是通过合金化或掺杂的手段可以有效提高材料的塞贝克系数，从而改善材料的热电性能。

冷压技术制备的CuxBi0.5Sb1.5−xTe3(x=0−0.4)合金的热电性能强烈地依赖于Cu离子的含量，温度为442K，x在0.05～0.1范围时，合金CuxBi0.5Sb1.5−xTe3的最大热电优值可达0.74。

具有较大的电导率、低的晶格热导率，同时，材料的塞贝克系数随着温度的升高而线性增加，当x=0.025，温度为474K时材料展现出较好的热电性能，此时热电优值达到1.26。Sb2Te3材料与Ag元素形成的合金具有比较优异的热电性能，478K时，材料(Ag0.365Sb0.558Te)0.025-(Bi0.5Sb1.5Te3)0.975的热电优值为1.1。

3.2硫族层状化合物

3.2.1SnSe

SnSe晶体在室温环境下具有层状斜方晶系结构。这种晶体材料的原料来源比较丰富，且所含元素对环境无毒无污染，是一种环境友好型热电材料，同时具有非常低的热导率和比较理想的热电性能。实验发现SnSe热电材料的晶体结构还具有各向异性。

3.2.2SnS

SnS具有和SnSe结构类似的层状结构，如图4所示，每个原胞内含有8个原子，这8个原子构成双层结构，每层中的Sn原子和S原子由共价键连接在一起，层与层之间的结合力主要来源于Sn和S原子之间长键的相互作用力，键能比较小，因此层与层之间的联系比较弱。SnS材料由于其原料来源丰富、价格低廉、无毒无污染而备受业内人士青睐，过去几十年有关于SnS材料的研究主要集中在它的光学性能上，包括光电导性和折射率。

4、结束语

综上所述，围绕着新型热控材料器件，本文思考了新型热控材料器件的关键性问题，并对其应用方面的要点进行了分析，可以为今后的新型热控材料器件的应用提供参考。

参考文献

[1]陆宏涛.预装式箱式变电站设计技术要点探讨[J].科技资讯,2016,(04):130+132.